EP0777934B1 - Störfeldsicherer näherungsschalter - Google Patents

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EP0777934B1
EP0777934B1 EP96914975A EP96914975A EP0777934B1 EP 0777934 B1 EP0777934 B1 EP 0777934B1 EP 96914975 A EP96914975 A EP 96914975A EP 96914975 A EP96914975 A EP 96914975A EP 0777934 B1 EP0777934 B1 EP 0777934B1
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    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
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    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector

Definitions

  • the invention relates to a magnetic field-operated Proximity switches, as used in many areas of technology the contactless introduction and implementation of electrical Switching, control and regulating processes is used.
  • Such a proximity switch is for example after training and function described in DE 40 03 426 A1. Accordingly, becomes by means of an amorphous metal body of high permeability HF oscillating circuit pre-damped by eddy current losses an oscillator circuit as a sensor from the magnetic field of an approaching trigger is dampened and this process used to control a downstream switching device.
  • The is defined by a changeable magnetic field Actuating sensor of the proximity switch in a special dimension susceptible to interference from any external magnetic fields in its immediate surroundings. Such interference fields occur e.g. on Due to high current strengths, especially with electrical welding equipment on and can control the equipment there deactivate existing sensors in the system.
  • EP-A 0 179 384 describes an interference-free magnet-operated proximity switch, at which two sensors are spaced from each other and with a differential circuit are connected; here is the one generated by the machine element to be detected Difference signal greater than the difference signal generated by interference fields.
  • the invention is therefore based on the object of a proximity switch of the generic type against the interference secure by magnetic interference fields, which in one operational sequence alternate and occur in between.
  • one magnetic field-operated proximity switch according to the generic term of claim 1 provided that the second sensor reacts to intermittent magnetic interference fields and in its activated state the currently existing one Output signal of the switching stage to maintain the the control signal emitted by the function-determining magnetic field sensor leads back to the input of the amplifier stage.
  • the interference field to be neutralized is not permanent available, but only intermittently on a currently operated or just unactuated proximity switch effective. This is done by the return of the corresponding Output signal of the switching stage to the input the amplifier stage a superposition of the same with the master signal on the part of the magnetic field sensor in the sense of "conservation" of the latter and at the same time a stabilization the overall function of the proximity switch. It's also one of those secured proximity switch when used in electrical welding equipment regardless of the used Welding current type and control.
  • FIG. 1 can be seen from the magnetic field sensor 1 as a function of one provided for this purpose Triggering magnetic field given guide signal via a Amplifier stage 2 fed to a transistorized switching stage 3 and converted by the same into a defined output signal.
  • the output potential of the Switching stage 3 by means of a second sensor 4 which is switched on - such as. in electrical welding systems - intermittent occurring external magnetic field reacts to the input the amplifier stage 2 fed back to the side of the Magnetic field sensor 1 fed guide signal by superimposition to preserve and the proximity switch in its respective Make switching state unaffected by the interference field, as long as this exists.
  • the magnetic field sensor is involved 1 and in the case of the interference field sensor 4, for example by inductive Sensors, but instead Hall sensors as well, magnetoresistive Sensors or even simple protective tube contacts can occur, the respective monitoring problem and the failure options to be taken into account execution and Determine effort.
  • the amplifier stage can also 2 compared to the reaction of the interference field sensor 4 with a signal delay in the direction of switching stage 3 be equipped.
  • a magnetic field sensor 1 Several interference field sensors within the same housing 4 can be assigned and if necessary with each other be magnetically shielded.
  • the is made by a highly permeable amorphous metal strip 11 pre-damped HF resonant circuit on its active surface 12 of an oscillator circuit 13 as a sensor element of the proximity switch from the (permanent) magnetic field a defined approaching trigger 14 is damped and dampened again when it was removed.
  • the interference field sensor 19 on the one Connected to point c instead of point a can already an intermediate signal emitted by the amplifier stage 16 can be used depending on the damping state the sensor level 11 - 15 positive or negative potential to switch back the input of amplifier stage 16.
  • Such Measure proves to be advantageous if on the output side self-protecting switching elements are used that for example, in the event of an overload or short circuit, the switching stage 17 lock. Furthermore, it is possible, if necessary to transmit one of the two potentials, for which purpose in the Switching path of the interference field sensor 19 only one accordingly polarized blocking diode 20 needs to be used.
  • the interference field sensor 19 can also be the Signal processing signal taken instead of via point b the input of the amplifier stage 16 already at point d a determining potential within the sensor level 11 - 15 to achieve the same effect.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetfeldbetätigten Näherungsschalter, wie er in vielen Bereichen der Technik für die berührungslose Einleitung und Durchführung von elektrischen Schalt-, Steuer- und Regelvorgängen verwendet wird.
Ein derartiger Näherungsschalter ist beispielsweise nach Ausbildung und Funktion in der DE 40 03 426 A1 beschrieben. Demgemäß wird der vermittels eines Amorphmetallkörpers hoher Permeabilität durch Wirbelstromverluste vorbedämpfte HF-Schwingkreis einer Oszillatorschaltung als Sensor von dem Magnetfeld eines sich nähernden Auslösers entdämpft und dieser Vorgang zur Steuerung einer nachgeordneten Schalteinrichtung benutzt.
Dabei ist der definiert durch ein veränderbares Magnetfeld zu betätigende Sensor des Näherungsschalters im besonderen Maße störanfällig gegenüber irgendwelchen Fremdmagnetfeldern in seiner näheren Umgebung. Derartige Störfelder treten z.B. auf Grund hoher Stromstärken besonders bei elektrischen Schweißeinrichtungen auf und können die dort zur apparativen Steuerung der Anlage vorhandenen Sensoren außer Funktion setzen.
Die EP-A 0 179 384 beschreibt einen störfesten magnetbetätigten Näherungsschalter, bei dem zwei Sensoren im Abstand von einander angeordnet und mit einer Differenzschaltung verbunden sind; hierbei ist das vom zu detektierenden Maschinenelement erzeugte Differenzsignal größer als das durch Störfelder erzeugte Differenzsignal.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsschalter der gattungsgemäßen Art gegen die Beeinflussung durch magnetische Störfelder zu sichern, welche in einem Betriebsablauf wechselnd und in Zwischenräumen auftreten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei einem magnetfeldbetätigten Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß der zweite Sensor auf intermittierend entstehende magnetische Störfelder reagiert und in seinem aktivierten Zustand das gerade vorhandene Ausgangssignal der Schaltstufe zur Aufrechterhaltung des von dem funktionsbestimmenden Magnetfeldsensor abgegebenen Leitsignals an den Eingang der Verstärkerstufe zurückführt.
Demgemäß ist das zu neutralisierende Störfeld nicht ständig vorhanden, sondern nur intermittierend auf einen gerade betätigten oder gerade unbetätigten Näherungsschalter wirksam. Dabei erfolgt durch die erfindungsgemäße Rückführung des entsprechenden Ausgangssignals der Schaltstufe an den Eingang der Verstärkerstufe eine Überlagerung desselben mit dem Leitsignal von Seiten des Magnetfeldsensors im Sinne einer "Konservierung" des letzteren und gleichzeitig eine Stabilisierung der Gesamtfunktion des Näherungsschalters. Zudem ist ein derartig gesicherter Näherungsschalter bei seinem Einsatz in elektrischen Schweißanlagen unabhängig von der verwendeten Schweißstromart und -steuerung.
Zweckmäßige Ausführungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den nachgeordneten Unteransprüchen ersichtlich und mit ihren Merkmalen dem Fachmann ohne zusätzliche Erläuterungen verständlich.
In der anliegenden Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltungsanordnung eines magnetfeldbetätigten und störfeldgesicherten Näherungsschalters schematisch dargestellt.
Wie aus dem Blockschaltbild gem. Fig. 1 ersichtlich, wird das von dem Magnetfeldsensor 1 in Abhängigkeit eines dafür vorgesehenen Auslösemagnetfeldes abgegebene Leitsignal über eine Verstärkerstufe 2 einer transistorierten Schaltstufe 3 zugeführt und von derselben in ein definiertes Ausgangssignal umgesetzt. Im Störfall wird alsdann das Ausgangspotential der Schaltstufe 3 vermittels eines zweiten Sensors 4, der auf ein - wie z.B. in elektrischen Schweißanlagen - intermittierend auftretendes magnetisches Fremdfeld reagiert, an den Eingang der Verstärkerstufe 2 zurückgeführt, um das von Seiten des Magnetfeldsensors 1 eingespeiste Leitsignal durch Überlagerung zu konservieren und den Näherungsschalter in seinem jeweiligen Schaltzustand unbeeinflußt durch das Störfeld zu machen, solange dieses vorhanden ist.
In dieser Anordnung handelt es sich bei dem Magnetfeldsensor 1 und bei dem Störfeldsensor 4 beispielsweise um induktive Sensoren, an deren Stelle aber ebensogut Hallsensoren, magnetoresistive Sensoren oder sogar einfache Schutzrohrkontakte treten können, wobei das jeweilige Überwachungsproblem und die zu berücksichtigenden Störmöglichkeiten Ausführung und Aufwand bestimmen.
Wesentlich ist für die einwandfreie Funktion der Schaltungsanordnung, daß die Ansprechempfindlichkeit eines Störfeldsensors 4 größer und seine Reaktivität (Schaltzeit) kleiner als die entsprechenden Eigenschaften bzw. Werte des Magnetfeldsensors 1 sind. Dementsprechend kann aber auch die Verstärkerstufe 2 gegenüber der Reaktion des Störfeldsensors 4 mit einer Signalverzögerung in Richtung der Schaltstufe 3 ausgestattet sein. Darüber hinaus können einem Magnetfeldsensor 1 innerhalb des gleichen Gehäuses mehrere Störfeldsensoren 4 beigeordnet werden und bei Bedarf untereinander magnetisch abgeschirmt sein.
Vorteilhafte Varianten dieser Ausbildung sind aus dem erweiterten Blockschaltbild gem. Fig. 2 der Zeichnung zu ersehen.
Dementsprechend wird der durch einen hochpermeablen Amorphmetallstreifen 11 an seiner aktiven Fläche vorbedämpfte HF-Schwingkreis 12 einer Oszillatorschaltung 13 als Sensorelement des Näherungsschalters von dem (Dauer-)Magnetfeld eines sich definiert nähernden Auslösers 14 entdämpft und bei dessen Entfernen wieder bedämpft.
Dieser Vorgang ist mit einer stetigen oder sprungweisen Änderung des Oszillatorstromes verbunden, wobei der Wechsel zwischen dem vorbedämpften und dem entdämpften Zustand in ein binäres Leitsignal (15) umgesetzt wird, das als ein solches an den hochohmigen Eingang der nachgeordneten Verstärkerstufe 16 und von dort aus weiter in die Schaltstufe 17 gelangt.
Wenn dann der auf magnetische Störfelder 18 reagierende Sensor 19, vorzugsweise in Form eines Schutzrohrkontakts, schaltungsmäßig fest mit den Punkten a und b verbunden ist, wird aus der vorhandenen Signalverarbeitung (16 + 17) das niederohmige Ausgangssignal der Schaltstufe 17 pol- bzw. phasengleich dem Leitsignal von Seiten des Sensorelements 11 - 13 überlagert. - Ist der Störfeldsensor 19 dagegen auf der einen Seite an Stelle von Punkt a mit dem Punkt c verbunden, so kann bereits ein von der Verstärkerstufe 16 abgegebenes Zwischensignal dazu verwendet werden, je nach Dämpfungszustand der Sensorstufe 11 - 15 positives oder negatives Potential auf den Eingang der Verstärkerstufe 16 zurückzuschalten. Eine derartige Maßnahme erweist sich als vorteilhaft, wenn ausgangsseitig selbstschützende Schaltelemente verwendet werden, die beispielsweise bei Überlastung oder Kurzschluß die Schaltstufe 17 sperren. Des weiteren ist es möglich, bei Bedarf nur eines der beiden Potentiale rückzuübermitteln, wozu in den Schaltweg des Störfeldsensors 19 lediglich eine entsprechend gepolte Sperrdiode 20 eingesetzt zu werden braucht.
Darüber hinaus kann der Störfeldsensor 19 aber auch das der Signalverarbeitung entnommene Signal statt über Punkt b an den Eingang der Verstärkerstufe 16 bereits über Punkt d an ein bestimmendes Potential innerhalb der Sensorstufe 11 - 15 legen, um den gleichen Effekt zu erreichen.
In jedem Fall wird mit der erfindungsgemäßen Rückführung sichergestellt, daß der jeweilige Ausgangszustand des Näherungsschalters konstant aufrechterhalten bleibt, solange ein magnetisches Störfeld von irgendwo her funktionsgefährdend auf dessen sensierenden Bereich einwirkt. Insofern schützt diese Ausführung eines Näherungsschalters nicht nur dessen Funktion, sondern zur gleichen Zeit auch den ordnungsgemäßen Betriebsablauf innerhalb einer Einrichtung oder Anlage.

Claims (11)

  1. Störfeldsicherer Näherungsschalter, bestehend aus einem Magnetfeldsensor (1), der über eine Verstärkerstufe (2) auf eine Schaltstufe (3) wirkt und einem weiten Sensor, gekennzeichnet dadurch daß der zweite Sensor (4) auf intermittierend auftretende magnetische Störfelder reagiert und in seinem aktivierten Zustand das niederohmige Ausgangssignal der Schaltstufe (3) zur Aufrechterhaltung des von dem Magnetfeldsensor (1) eingegebenen Leitsignals an den hochohmigen Eingang der Verstärkerstufe (2) zurückführt.
  2. Störfeldsieherer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Störfeldsensor (4) das Ausgangssignal der Verstärkerstufe (2) je nach dem Dämpfungszustand des Magnetfeldsensors (1) als ein positives oder als ein negatives Potential an den Eingang der Verstärkerstufe (2) zurückschaltet.
  3. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Störfeldsensor (4) zur alleinigen Rückübermittlung eines positiven oder eines negativen Potentials an den Eingang der Verstärkerstufe (2) mit einer entsprechend gepolten Sperrdiode (20) in Reihe geschaltet ist.
  4. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Störfeldsensor (4) das jeweilige Ausgangssignal der Schaltstufe (3) oder der Verstärkerstufe (2) funktionsbestimmend in die Oszillatorschaltung des Magnetfeldsensors (1) einleitet.
  5. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (1) als ein von außen entdämpfbarer Schwingkreis einer HF-Oszillatorschaltung ausgebildet ist.
  6. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder mehrere Störfeldsensoren (4) als entdämpfbare HF-Oszillatoren ausgebildet sind.
  7. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (1) und/oder der bzw. die Störfeldsensoren (4) als Schutzrohrkontakte ausgebildet sind.
  8. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Störfeldsensoren (4) auf die mögliche Einfallrichtung von Fremdfeldern ausgerichtet sind.
  9. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Störfeldsensoren (4) ansprechempfindlicher sind und einen geringeren Schaltverzug als der Magnetfeldsensor (1) aufweisen.
  10. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (1) und der oder die Störfeldsensoren (4) in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt sind.
  11. Störfeldsicherer Näherungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Sensoren (1, 4) magnetische Abschirmungen vorgesehen sind.
EP96914975A 1995-06-22 1996-04-23 Störfeldsicherer näherungsschalter Expired - Lifetime EP0777934B1 (de)

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